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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Inkjet-Druckmaschine mit mindestens zwei Druckzeilen mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1, sowie ein Verfahren zur Kompensation ausgefallener Druckdüsen in einer solchen Druckmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 4.
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Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet des Digitaldrucks.
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Im Allgemeinen umfassen Inkjet-Druckmaschinen einen oder mehrere Druckköpfe und jeder Druckkopf umfasst eine Vielzahl von Druckdüsen. Die Inkjet-Druckmaschinen verwenden die Düsen zum Drucken, indem Tinte ausgestrahlt wird. Diese Druckmaschinen haben Düsenplatten mit spezifischen Anordnungen der Einzeldüsen, die eine Auflösung bis 1200 dpi erlauben. Dies erfordert Düsenabstände von ca. 20µm. Bei Ausfall einer einzelnen Druckdüse entstehen Bereiche, die nicht durch die dafür vorgesehene Düse in dem Einzelfarbenauszug, nach BCMY, bebildert werden können. Es entstehen daher farbfreie Stellen, die sich als White Lines zeigen können. Handelt es sich um einen mehrfarbigen Druck, so fehlt die entsprechende Farbe an dieser Stelle und die Farbwerte werden verzerrt. Zu beachten ist auch, dass der Strahlverlauf einer Einzeldüse nicht ideal verläuft, sondern davon mehr oder weniger abweichen kann, außerdem ist die Größe eines gejetteten Punktes zu berücksichtigen. Somit betrifft eine fehlfunktionierende Düse die Druckqualität jedes gedruckten Dokuments. Die Ursachen für den Ausfall von Einzeldüsen sind verschiedenartig, dabei kann es sich um einen temporären Ausfall oder um einen dauernden Ausfall handeln.
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Um die Auswirkungen auf das Druckbild insbesondere in Vollflächen zu reduzieren, sind aus dem Stand der Technik mehrere Ansätze zur Kompensation bekannt. In einem dieser Ansätze wird versucht, den Fehler durch andere Düsen in derselben Farbe und derselben Inkjet Einheit zu überdecken. D.h. es werden zur Kompensation einzelner ausgefallener Inkjet-Druckdüsen nach Feststellung, um welche Einzeldüse es sich handelt, die benachbarten Düsen so angesteuert, dass die Punktgrößen dieser Düsen so vergrößert werden, dass die Stelle der ausgefallenen Düse mit überdeckt wird. Die Nachbardüsen schreiben damit das Bild der ausgefallenen Düse mit. White Lines, welche durch das Nichtdrucken einzelner Düsen entstehen, können so verhindert werden. Die Patentanmeldung
US 20060125850 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Druckmaschine, welche nach diesem Prinzip arbeiten. Das Verfahren hat jedoch Auswirkungen auf das Druckbild – insbesondere wird es problematisch, wenn mehrere, direkt benachbarte Düsen ausfallen. Die Kompensation über den doppelten oder mehrfachen Abstand ist nur schlecht möglich.
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Ein weiterer bekannter Ansatz besteht darin, die ausgefallene Druckdüse durch die Düsen der jeweils anderen benutzten Druckfarben an gleicher Stelle zu ersetzen. Dabei wird versucht, durch gezielten und gesteuerten Übereinanderdruck der noch verfügbaren Farben der ausgefallenen Druckfarbe möglichst nahe zu kommen. Dadurch ist weder eine Redundanz an Druckdüsen oder -köpfen erforderlich, noch stellt der Ausfall benachbarter Druckdüsen ein Problem dar. Hauptnachteil dieser Kompensationsmethode ist jedoch, dass sie nur für den Mehrfarbendruck eingesetzt werden kann. Zudem ist ein erhöhter Rechen- und Steuerbedarf durch den Rechner der Druckmaschine erforderlich, um die notwendigen Farbkombinationen zu ermitteln. Außerdem kann – je nach Farbabstand der ausgefallenen Farbe zum noch druckbaren Farbraum der Restfarben – das resultierende Druckergebnis durchaus deutlich von den Sollwerten abweichen.
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Andere Ansätze zur Kompensation ausgefallener Druckdüsen sehen doppelte Düseneinheiten in derselben Farbe vor, um über Redundanz den Ausfall einzelner Düsen kompensieren zu können. Beispiele für diese Vorgehensweise sind aus den Patentanmeldungen
US 20060256157 A1 und
US 20060268034 A1 bekannt. Dies ist zwar effizient, aber auch entsprechend teuer, braucht zusätzlichen Bauraum und bringt weitere Probleme, wie die kompliziertere Steuerung der doppelten Einheiten mit sich.
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Ein weiterer bekannter Ansatz ist es, die Kompensation über Druckdüsen aus anderen Systemen durchzuführen. D.h., mehrere positionierbare Druckköpfe werden zum Druck eines Bildes benutzt. Fallen Druckdüsen aus, werden die Druckköpfe neu positioniert, um die ausgefallene Düse möglichst gut zu ersetzen. Die Patente bzw. Patentanmeldungen
US 20120075373 A1 und
US 7607752 B2 offenbaren Verfahren, welche diesen Ansatz realisieren. Auch hier ist de facto eine Redundanz an Druckköpfen derselben Farbe erforderlich, was die bereits genannten Probleme mit sich bringt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zur Kompensation ausgefallener Druckdüsen in Inkjet-Druckmaschinen und eine Inkjet-Druckmaschine, die ein solches Verfahren umsetzt, zu offenbaren, welches die Nachteile der bekannten Verfahren hinsichtlich redundanter Hardware und mangelnder Performance überwindet.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe stellt eine Inkjet-Druckmaschine mit den Merkmalen von Hauptanspruch 1 dar.
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Es handelt sich dabei um eine Inkjet-Druckmaschine mit mindestens zwei Zeilen von Druckdüsen pro Druckfarbe zur Herstellung von Druckprodukten mit zeilenförmig angeordneten Druckpunkten, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmaschine so eingerichtet ist, dass die mindestens zwei Zeilen von Druckdüsen beide bei einem Druckprozess eingesetzt werden und die zeilenförmig angeordneten Druckpunkte in Druckrichtung jeweils abwechselnd von den mindestens zwei Zeilen von Druckdüsen gedruckt werden. Die abwechselnde Benutzung von jeweils zwei Druckzeilen ermöglicht im normalen Druckbetrieb eine etwa doppelt so hohe Druckgeschwindigkeit wie bei Benutzung nur einer Druckzeile. Viel entscheidender sind jedoch die Möglichkeiten einer solchen Inkjet-Druckmaschine in einem Kompensationsmodus. D.h. bei Ausfall einer Druckdüse entsteht so keine „missing line“, sondern nur eine leichte Helligkeitsabweichung – da ja nur die Hälfte der Druckpunkte ausfällt. Dies ist eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik und bietet viele Ansatzpunkte für effizientere Kompensationsverfahren. Natürlich ist auch die Verwendung von mehr als zwei Zeilen von Druckdüsen pro Druckfarbe möglich. Die positiven Effekte wären dann noch entsprechend größer. Allerdings bringt bereits die Verwendung von zwei Zeilen von Druckdüsen hinreichende Verbesserungen und die Nachteile einer solchen Konstruktion hinsichtlich Herstellung und Wartung würden, zumindest mit den aktuellen technischen Möglichkeiten, bei einer weiteren Erhöhung der Redundanz von Druckzeilen die möglichen Verbesserungen übertreffen.
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Vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildungen der offenbarten Inkjet-Druckmaschine ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung mit den zugehörigen Zeichnungen.
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Eine bevorzugte Weiterbildung ist dabei, dass die mindestens zwei Zeilen von Druckdüsen pro Druckfarbe durch den Einsatz eines Druckkopfes mit mindestens zwei parallelen, seriell angeordneten Reihen von Druckdüsen realisiert sind und die mindestens zwei Zeilen von Druckdüsen pro Druckfarbe damit gleichzeitig einsetzbar sind. Die effizienteste Umsetzung von zwei gleichzeitig einsetzbaren Druckzeilen pro Druckfarbe ist die eines Druckkopfes, in welchem die beiden Druckzeilen parallel zueinander angeordnet sind.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung ist dabei, dass die mindestens zwei Zeilen von Druckdüsen pro Druckfarbe durch den Einsatz von mindestens zwei Druckköpfen mit einer seriell angeordneten Reihe von Druckdüsen realisiert sind und die mindestens zwei Zeilen von Druckdüsen pro Druckfarbe seriell einsetzbar sind. Eine alternative Variante der Umsetzung ist der Einsatz von zwei Druckköpfen mit jeweils einer seriellen Reihe von Druckdüsen. In diesem Fall müssen die beiden Druckköpfe nacheinander eingesetzt werden, um die beiden Druckzeilen zu erzeugen.
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Eine weitere erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe stellt ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 4 dar.
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Dabei handelt es sich um ein Verfahren zur Kompensation ausgefallener Druckdüsen in einer Inkjet-Druckmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckmaschine nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche mit mindestens zwei Druckzeilen pro Farbe verwendet wird, um ausgefallene Druckdüsen durch die Druckdüsen der benachbarten Druckzeilen zu kompensieren.
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Der meistgenutzte Ansatz aus dem Stand der Technik zur Kompensation ausgefallener Druckdüsen ist die Erhöhung der Tröpfchengröße der benachbarten Druckdüsen. Dieses Verfahren ist bei Einsatz einer Inkjet-Druckmaschine mit zwei Druckzeilen pro Farbe deutlich effizienter. Da hier keine durchgängige „missing line“ auftritt, sondern nur periodische, senkrecht angeordnete „Lücken“ im Array der Druckpunkte ist die Kompensation durch die benachbarten Druckdüsen deutlich wirksamer als bei Standard-Inkjet-Druckmaschinen.
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Eine bevorzugte Weiterbildung ist dabei, dass die ausgefallenen Druckdüsen sowohl über seitlich benachbarte Druckdüsen, als auch durch die Druckdüsen der benachbarten Druckzeile kompensiert werden.
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Das Höchstmaß an Effizienz entwickelt das Verfahren zur Kompensation ausgefallener Druckdüsen aber erst, wenn nicht nur die seitlich benachbarten Druckdüsen zur Kompensation vergrößerte Tropfengrößen verwenden, sondern auch die Druckdüsen der benachbarten Druckzeile, welche mit größter Wahrscheinlichkeit nicht ausgefallen sind. Durch das Zusammenspiel der seitlich und über, bzw. unter der ausgefallenen Druckdüse angeordneten Druckdüsen ist eine extrem effiziente Kompensation dieser ausgefallenen Druckdüse möglich. Natürlich ist es möglich, dass auch die benachbarten Druckdüsen ausfallen. Die Wahrscheinlichkeit dafür entspricht jedoch lediglich der allgemeinen Ausfallwahrscheinlichkeit für alle Druckdüsen und die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls benachbarter Druckdüsen ist noch einmal geringer. Zudem wäre bei Auftreten eines solchen doppelten Ausfalls – der natürlich auch bei Standard-Inkjet-Druckmaschinen möglich ist – die Kompensation ausgefallener, benachbarter Druckdüsen nach Anspruch 5 deutlich besser als in einer Standard-Inkjet-Druckmaschine.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung ist dabei, dass die Tropfengrößen der kompensierenden benachbarten Druckdüsen, im Vergleich zu einem Standardkompensationsverfahren, reduziert sind.
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Ein weiterer Vorteil des in Anspruch 5 offenbarten Kompensationsverfahrens ist, dass die Tropfengrößen der benachbarten Druckdüsen kleiner sein können, als bei einem Standardkompensationsverfahren, welches nur über die seitlich benachbarten Druckdüsen kompensieren kann. Der Grund dafür ist, dass aufgrund des Einsatzes der zwei Druckzeilen bei Ausfall einer Druckdüse nur die Hälfte der Fläche kompensiert werden muss. Ein leicht geringerer Tintenverbrauch, sowie geringere Überlappungseffekte der vergrößerten Tintentropfen sind die Folge. Dies führt zu einem qualitativ besseren Druckbild an der kompensierten Stelle im Druckbild, da bei verkleinerten Tropfengrößen weniger qualitätsmindernde Überlagerungen der Tintentropfen auftreten.
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Eine bevorzugte Weiterbildung ist dabei, dass die Druckgeschwindigkeit bei und abhängig von den verkleinerten Tropfengrößen erhöht wird. Eine geringere Tropfengröße erlaubt eine schnellere Druckgeschwindigkeit. Da im Praxiseinsatz fast immer mindestens eine Druckdüse ausgefallen ist – d.h. eine Inkjet-Druckmaschine also immer im Kompensationsmodus arbeiten muss – ergibt sich somit eine resultierende Druckgeschwindigkeit, die aufgrund der zwei Druckzeilen nicht nur doppelt so hoch ist, wie in einer normalen Inkjet-Druckmaschine mit einer Druckzeile, sondern aufgrund der geringeren Tropfengröße mehr als doppelt so schnell ist.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung ist dabei, dass eine Druckmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 mit mindestens zwei Druckzeilen pro Farbe verwendet wird und sämtliche Druckdüsen mit leicht vergrößerten Tropfengrößen arbeiten. Ein weiteres mögliches Kompensationsverfahren ist, dass alle Druckdüsen mit leicht vergrößerten Tropfengrößen arbeiten. Da, wie bereits erklärt, Inkjet-Druckmaschinen ohnehin praktisch ständig im Kompensationsmodus arbeiten, ist es ein sinnvoller Ansatz, alle Druckdüsen ständig mit leicht vergrößerten Tropfengrößen arbeiten zu lassen. Fällt nun eine Druckdüse aus, wird sie durch die automatisch vergrößerten benachbarten Druckdüsen sofort kompensiert. Der große Vorteil dabei ist, dass auf eine extrem aufwändige Überwachung der Druckdüsen zur Detektion eines eventuellen Ausfalles verzichtet werden kann. Nachteil ist, dass die bereits erwähnte und qualitätsmindernde Überlagerung benachbarter Tintentropfen hierbei für das gesamte Druckprodukt auftritt. Die Erhöhung der Tropfengrößen wird daher weniger stark ausfallen, als bei der gezielten Kompensation durch Vergrößerung nur der benachbarten Druckdüsen, bzw. Tropfen. Da diese natürlich die Kompensationsleistung mindert, ist ein ausgewogener Kompromiss für die Bestimmung der allgemeinen Tropfenvergrößerung vonnöten. Es ist daher auch verständlich, dass dieser Ansatz nur bei Einsatz einer Druckmaschine mit mindestens zwei Druckzeilen pro Farbe Sinn macht, da nur bei solchen Druckmaschinen die zur Kompensation nötige Tropfenvergrößerung soweit vermindert werden kann, dass die qualitätsmindernde Überlagerung benachbarter Tintentropfen nicht überhand nimmt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sowie funktionell vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens werden nachfolgend unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen anhand wenigstens eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In den Zeichnungen sind einander entsprechende Elemente mit jeweils denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Zeichnungen zeigen:
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1: ein Beispiel einer Inkjet-Rollendruckmaschine
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2: ein Beispiel eines Fehlerbildes verursacht durch einen Druckdüsenausfall
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3: Aufbau des verwendeten Druckmaschinensystems
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4: schematische Darstellung des Druckergebnisses mit zwei Druckzeilen
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5: schematische Darstellung der Qualitätsverbesserung durch verminderte Tropfengrößen
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6: den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
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Anwendungsgebiet ist in der bevorzugten Ausführungsvariante eine Inkjet-Druckmaschine 1. Ein Beispiel für den Aufbau einer solchen Maschine 1 ist in 1 dargestellt. Beim Betrieb dieser Druckmaschine 1 kann es, wie bereits einleitend beschrieben, zu Ausfällen einzelner Druckdüsen in den Druckköpfen 7 im Druckwerk 6 kommen. Folge sind dann Missing bzw. White Lines 13, beispielsweise im Falle eines mehrfarbigen Drucks, verzerrte Farbwerte. Ein Beispiel einer solchen White Line 13 ist in 2 dargestellt.
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Da eine manuelle Durchführung des beschriebenen Verfahrens durch einen Anwender ineffizient wäre, wird die Durchführung automatisiert vom Steuerungsrechner 14 der Inkjet-Druckmaschine 1 durchgeführt. 3 zeigt den beispielhaften Aufbau eines solchen Systems. Das automatisierte Verfahren ist dabei in den Workflow der Druckmaschine 1 integriert. Die Konfiguration des Steuerungsrechners 15 hinsichtlich einzelner Verfahrensschritte kann dabei im Bedarfsfall vom Anwender manuell korrigiert werden.
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Durch die Verwendung von zwei Druckzeilen 16, 17 pro Farbe können defekte Druckdüsen 20 nicht nur mit den seitlich benachbarten Druckdüsen in der gleichen Druckzeile 17 kompensiert werden, sondern auch mit den darüber und darunter liegenden Druckdüsen der jeweils anderen Druckzeile 16. Dadurch ist es möglich, mit kleineren Kompensationstropfen 18 und somit einer höheren Druckgeschwindigkeit zu arbeiten. Zusätzlich reduziert sich bei dieser Methode durch die kleineren Überlappungsbereiche 19 der Einzeltropfen auch die Menge an benötigter Tinte. In 4 ist im oberen Teil jeweils zweimal der nicht kompensierte Zustand mit einem Düsenausfall 20 in der zweiten Druckzeile 17 zu sehen. Die linke Abbildung zeigt den momentanen Stand der Technik. Da hier nur eine Druckzeile 16 verwendet wird, führt der Ausfall einer Druckdüse 20 zu einer Missing Line 13. Rechts daneben ist dagegen das gleiche Druckergebnis bei Verwendung der offenbarten Inkjet-Druckmaschine 1 mit zwei Druckzeilen 16, 17 dargestellt. Deutlich sichtbar ist hier, dass keine Missing Line 13 entsteht, sondern nur teilweise eine Unterbrechung des Druckbildes in der zweiten Druckzeile 17.
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Im unteren Bereich von 4 wird das Druckergebnis im Kompensationsmodus durch benachbarte Druckdüsen dargestellt. Links ist das Ergebnis mit nur einer Druckzeile 16. Um eine lückenlose Kompensation zu gewährleisten, müssen die seitlich benachbarten Druckdüsen Tropfen mit einer Größe von (√(3/2)*)a verwenden. Dabei entspricht a dem Abstand zweier benachbarter Druckdüsen. Rechts dagegen ist das Ergebnis des neuen offenbarten Kompensationsverfahrens zu sehen. Durch die Verwendung nicht nur der beiden seitlichen Nachbardüsen in Seitenrichtung, sondern auch der in Druckrichtung folgenden Düse der ersten Kopfzeile, reduziert sich der nötigte Radius eines Punktes auf den Druckdüsenabstand a. Dadurch kann die Druckgeschwindigkeit bei Verwendung von zwei Druckzeilen 16, 17 mehr als verdoppelt werden, da geringere Kompensationstropfengrößen 18 eine schnellere Druckgeschwindigkeit ermöglichen.
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Der Einfluss auf die Druckqualität ist in 5 dargestellt. Denn durch die offenbarte Art der Kompensation gegenüber dem Stand der Technik wird die Überlagerung 19 von mehr als 3 Tropfen an einer Stelle verhindert. Links in 5 ist die aus dem Stand der Technik bekannte Kompensation zu sehen. Dort kommt es zu einer bis zu vierfachen Überlagerung 19 von Tintentropfen, was einen entsprechend negativen Einfluss auf das Druckbild 12 hat. Rechts in 5 ist das Druckergebnis mit der neuen Kompensation mit zwei Druckzeilen 16, 17 zu sehen. Hier treten keine Bereiche mit 4-facher Überlagerung 19 mehr auf. Auch der Anteil an doppelt und dreifach überlagerten Bereichen 19 ist deutlich kleiner, die resultierende Druckqualität an den betreffenden Stellen 13 bedeutend höher.
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In 6 wird nochmal kurz schematisch der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Entscheidend ist die Detektion der ausgefallenen Druckdüse 20. Es muss bekannt sein, dass und welche Druckdüse ausgefallen ist. Mit diesen Informationen wird der Kompensationsmodus 21 aktiviert und die entsprechend benachbarten Druckdüsen erhöhen ihren Tintenausstoß, um die notwendige Vergrößerung der kompensierenden Tintentropfen 18 zu ermöglichen. Da in der Praxis meist immer mindestens eine Druckdüse ausgefallen ist, wird die Druckmaschine 1 meistens im Kompensationsmodus 21 betrieben. Entscheidend ist also bei der Detektion 20 die Information, welche Druckdüse betroffen ist, weniger, dass eine Düse ausgefallen ist.
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Will man sich die aufwändige Detektion sparen, so werden in einem alternativen Verfahren generell leicht größere Tropfen 18 gedruckt. Der Radius der Tintentropfen bewegt sich dabei zwischen ((√2)/2)*a – was nötig ist um die Druckfläche 12 zu decken, wenn alle Druckdüsen funktionieren – und a. Die Tropfengröße 18 ist dann so zu wählen, dass die ungedruckten Stellen in der Druckfläche 12 nicht störend sind. Im Ergebnis kann man auf die aufwändige Überwachung der Düsen verzichten; jedoch zu dem Preis einer höheren Farbbelegung, d.h. einem leicht höheren Tintenverbrauch und einer leicht reduzierten Druckqualität gegenüber der Methode mit Kompensation. Diese Variante bietet sich also vor allem für Druckaufträge mit niedrigerer Qualitätsanforderung an.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Inkjet-Druckmaschine
- 2
- Abwickler
- 3
- Druckvorbereitungsstufe
- 4
- Flexo-Werk für Weiß-/Vollfläche
- 5
- Flexo-Werk für Primer
- 6
- Inkjet-Druckwerk
- 7
- Inkjet-Druckkopf
- 8
- Flexo-Werk für Lack
- 9
- Weiterverarbeitungsstufe
- 10
- Aufwickler
- 11
- Drucksubstrat
- 12
- Nutzen
- 13
- durch ausgefallene Druckdüse verursachter Bildfehler
- 14
- Druckmaschinensteuerung
- 15
- Steuerungsrechner
- 16
- erste Druckzeile
- 17
- zweite Druckzeile
- 18
- vergrößerter Tropfenradius
- 19
- Überlappungsbereich
- 20
- detektierter Druckdüsenausfall
- 21
- aktivierter Kompensationsmodus
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20060125850 A1 [0004]
- US 20060256157 A1 [0006]
- US 20060268034 A1 [0006]
- US 20120075373 A1 [0007]
- US 7607752 B2 [0007]
